第四节_新型角度传感器.ppt

§3-4 新型角度传感器 本节主要内容 内容：： 1、圆光栅：类型、莫尔条纹 2、圆磁栅 形成： 测量原理 3、感应同步器： 分类、应用、工作原理、圆形感应同步器 4、角编码器：定义、类型、工作原理 5、环形激光器： 重点：圆光栅和环形激光器的测量原理 一、圆光栅 长光栅莫尔条纹 长光栅光闸莫尔条纹 圆光栅类型：径向圆光栅（图3-29a） 切向圆光栅（图3-29b） 环形莫尔条纹 圆弧莫尔条纹 光闸莫尔条纹 辐射形莫尔条纹 二、圆磁栅 2．测量原理：利用圆磁栅测角或分度时，磁栅和被测件一起同轴旋转，再利用放磁头将磁栅上的标准录磁信号拾放出来，并进行处理。 3．磁头类型：按拾取信号方式不同，分静态和动态磁头两种； 动态磁头：磁栅与磁头间有相对运动才有信号输出，如图。 四、角编码器 1．定义：将转角大小换成相应的数字代码的装置称角度编码器。 2．类型：很多，最主要是光电编码器； 3．光电编码器的工作原理：如图3-40。 五、环形激光器 1 ．环形激光器： 闭合环路以一定的角速度旋转，则反向的两光束将产生光程差，且光程与环路旋转的角速度成正比，这就是多卜勒效应。这一现象为测量角速度和角度提供了理论依据，而高稳频激光的出现，又使这一精确的测角方法能应用于实际工作，利用这一现象来测量角度的装置，叫做环形激光器。 2．环形激光的测角原理： 环形激光是由塞纳克（Sagnac）环形干涉仪演变而来的。根据塞纳克环形（圆形）干涉仪的实验和理论推导可知，反映反向两光束光程差的频差Δf与环形光路旋转速度ω之间有如下关系： Δf=4Aω/Lλ 式中： A —环形光路所包围的面积； L—光程长度； λ—光波波长。 对一定的环形激光器，A、L及λ均为常数，故Δf与ω成正比。 α是在时间（t2-t1）内环形激光器相对于惯形系统的转角。 若以N表示上述两光束在时间（t2-t1）内的拍频，则对Δf积 分后有 α =LλN/4A 以上是环形激光器的测角原理， 　　图3－38 圆形感应同步器　 以激磁绕组印刷在固定圆盘上（图3-38a），感应绕组印制在旋转圆盘上，可相对固定圆盘旋转，两者互相贴近，就可取得反映圆分度的交流电压信号。 ２．圆形感应同步器： 感应绕组的分布： 如图3-38b，采用所谓sin绕组和cos绕组交叉分布。 图3－38 圆形感应同步器 1、仅用一对sin绕组和cos绕组行吗？ 2、多对绕组的 作用是什么？ （为什么？） 3．感应同步器的特点： 平均效应，增量式测角 4. 应用： 惯性技术测试设备 中等准确度的计量器具 图3-40 角编码器工作原理 图3-41是四位编码盘，其最外的第四位码道将圆周角分为16等分，每等分相当于22.5°。 图3-41 编码盘示意图 将上式中的ω对时间积分， * * 莫尔条纹：两等线距光栅相互成一小角度时，即形成莫尔条纹；两光栅相互运动时间看到的是莫尔条纹运动。 莫尔条纹的特点： 放大作用：相对原光栅具有放大（移动）的作用； 误差平均； 信号波形的正弦性。 两光栅交点由栅线序数 N、M组成。 K=M－N 令K=M－N 条纹I： (-3,-1)、(-2,0)、(-1,1)、(0,2)、(1,3) …K=2 条纹II ： (-2,-1)、(-1,0)、(0,1)、(1,2)、(2,3) … K=1 条纹III ：(-1,-1)、(0,0)、(1,1)、(2,2)、(3,3) …K=0 设两光栅节距分别是P1、P2，相交角θ 可得莫尔条纹方程： 播放动画 播放动画 圆光栅的莫尔条纹有许多类型，在角度测量中主要是应用以下两种：环形莫尔条纹和圆弧形莫尔条纹。 图3-29 圆光栅 1．环形莫尔条纹 形成：将两块栅线数目相同，切线圆半径分别为r1和r2的切向圆光栅同心安置（图3-30），形成以光栅中心为圆心的莫尔条纹簇，叫做环形莫尔条纹。条纹间距B为 ： 　式中，W为栅距；R为平均半径。 特点：当两光栅相对转过一个栅距时，环形条纹就由中心向外（或向内，由旋转方向而定）移过一个条纹（演示）。该条纹最适用于多读数头的测量装置 图3-30 切向光栅产生环形莫尔条纹 播放动画 播放中…… 单击准备演示 2. 圆弧形莫尔条纹 形成：将两块栅线数目相同的径向圆光栅偏心安置（偏心量为e），则两光栅的栅线交角将不同，这样就会形成曲率半径各不相同的圆弧形莫尔条纹簇，如图3-31所示。 特点：条纹簇都与两光栅中心连线相切于连线的中心点，条纹簇的